DE102010025530A1 - Coffee machine with a position detection device and / or positioning speed detection device - Google Patents
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Abstract
In einem Kaffeevollautomaten mit einer Positionserfassungseinrichtung und/oder Stellgeschwindigkeitserfassungseinrichtung an einer positionierbaren bzw. verstellbaren Einheit des Kaffeevollautomaten, ist mit einem Antriebsstrang der positionierbaren bzw. verstellbaren Einheit ein ferromagnetisches Zahnrad (1) drehbar verbunden. Die Positionserfassungseinrichtung und/oder Stellgeschwindigkeitserfassungseinrichtung umfasst eine Hallsensor-/Magneteinheit (4), die gegenüber einer Verzahnung des ferromagnetischen Zahnrads (1) angeordnet ist.In a fully automatic coffee machine with a position detection device and / or positioning speed detection device on a positionable or adjustable unit of the fully automatic coffee machine, a ferromagnetic gearwheel (1) is rotatably connected to a drive train of the positionable or adjustable unit. The position detection device and / or positioning speed detection device comprises a Hall sensor / magnet unit (4) which is arranged opposite a toothing of the ferromagnetic gear wheel (1).
Description
Die Erfindung betrifft einen Kaffeevollautomaten mit einer Positionserfassungseinrichtung und/oder Stellgeschwindigkeitserfassungseinrichtung an einer positionierbaren bzw. verstellbaren Einheit des Kaffeevollautomaten, insbesondere einer Brüheinheit und/oder eines Teils der Brüheinheit.The invention relates to a fully automatic coffee machine with a position detection device and / or adjusting speed detection device on a positionable or adjustable unit of the coffee machine, in particular a brewing unit and / or part of the brewing unit.
Bei einer bekannten Espressomaschine mit einem zwangsgesteuerten Hubkolben und einem Schlitten mit einem Ausschieber, der über einer Öffnung der Brühkammer verfahrbar ist und die Öffnung der Brühkammer in einer Arbeitsstellung des Schlittens mittels eines kolbenförmigen Abschnitts auf der Unterseite des Schlittens abdichtet, ist eine die Umfangswandung der Brühkammer bildende Brühkammerhülse zwangsgesteuert in einer Arbeitsstellung des Schlittens in eine Dichtposition verfahrbar und nach einem Brühvorgang in eine Ruheposition zurückfahrbar (
Letzteres gilt auch für einen zusätzlichen Brühkammerhülsenpositionskontakt, mit dem die Position der Brühkammerhülse in Abdichtstellung an dem Schlitten sicherheitshalber signalisiert werden kann, um einen Brühvorgang zu gestatten.The latter also applies to an additional Brühkammerhülsenpositionskontakt, with which the position of the Brühkammerhülse can be signaled in the sealing position on the carriage for reasons of safety, to allow a brewing process.
Der oben genannte Kopfkontakt, der Fußkontakt und der Brühkammerhülsenpositionskontakt könnten durch einen Mikroschalter realisiert sein.The above-mentioned head contact, the foot contact and the Bühkammerhülsenpositionskontakt could be realized by a micro-switch.
Weiterhin kann der Spindelzylinder dieser bekannten Espressomaschine an dem Hubkolben mit einem Sensor mit Encoder ausgerüstet sein, um die Verstellgeschwindigkeit des Spindelzylinders zu messen und daraus eine Stoppposition des Hubkolbens zu bestimmen, wenn das in die Brühkammer eingegebene Kaffeemehl vor dem Brühvorgang unabhängig von der Kaffeemenge in einem definierten Maß vorverdichtet ist. Hierzu misst der Sensor mit Encoder die Aufwärtsbewegung des Hubkolbens durch Erfassung der Drehgeschwindigkeit des Spindelzylinders. Bei Erreichen eines bestimmten Geschwindigkeitsabfalls, der durch die Belastung des Motors bei der Kaffeemehlverdichtung verursacht wird, schaltet der Encoder den Motor ab. Wenn der Sensor jedoch, wie in der Praxis üblich, zur Erfassung des Motorstroms ausgebildet ist und die Aufwärtsbewegung des Hubkolbens daraus abgeleitet wird, dass die Drehzahl eines Gleichstrommotors im Prinzip reziprok zur Stromaufnahme ist, muss mit Ungenauigkeiten dieser indirekten Drehzahlbestimmung und damit Füllhöhenbestimmung gerechnet werden.Furthermore, the spindle cylinder of this known espresso machine can be equipped on the reciprocating piston with a sensor with encoder to measure the adjustment speed of the spindle cylinder and to determine a stop position of the reciprocating piston, if the input into the brewing coffee grounds before brewing regardless of the amount of coffee in one defined degree is pre-compressed. For this purpose, the sensor with encoder measures the upward movement of the reciprocating piston by detecting the rotational speed of the spindle cylinder. Upon reaching a certain velocity drop caused by the load on the engine during coffee crushing, the encoder shuts off the engine. However, if the sensor, as is customary in practice, is designed to detect the motor current and the upward movement of the reciprocating piston is derived from the fact that the speed of a DC motor is in principle reciprocal to current consumption, must be expected with inaccuracies of this indirect speed determination and thus Füllhöhenbestimmung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bisher in Kaffeevollautomaten üblichen Positionserfassungseinrichtungen bzw. Stellgeschwindigkeitserfassungseinrichtungen solche einzusetzen, die keine aufwendige Justierung benötigen bzw. gegenüber Toleranzen mechanischer Komponenten unabhängig sind, einfach montierbar sind, ohne bewegliche Kontakte keinem Verschleiß unterworfen sind, zuverlässig und genau sind, insbesondere von Temperaturschwankungen weitgehend unbeeinflusst sind und eine lange Lebensdauer erwarten lassen.The present invention has for its object, while avoiding the disadvantages of the usual in coffee machines usual position detecting devices or adjusting speed detecting devices to use those that require no complicated adjustment or are independent of tolerances of mechanical components, are easy to install, are not subject to wear without moving contacts, reliable and accurate, are largely unaffected in particular by temperature fluctuations and can expect a long life.
Diese Aufgabe wird mit einem Kaffeevollautomaten gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, und zwar als Positionserfassungseinrichtung und/oder Stellgeschwindigkeitserfassungseinrichtung eine Hallsensor-/Magneteinheit, die gegenüber einer Verzahnung eines ferromagnetischen Zahnrads ortsfest angeordnet ist, welches mit einem Antriebsstrang der positionierbaren bzw. verstellbaren Einheit des Kaffeevollautomaten drehbar verbunden ist.This object is achieved with a coffee machine, which has the features of
Mit dem Hallsensor der vorzugsweise ortsfest montierten Hallsensor-/Magneteinheit wird eine Hallspannung erzeugt, die im Idealfall proportional zur magnetischen Flussdichte in dem Hallsensor ist, wobei die magnetische Flussdichte von der Position der Verzahnung des dem Hallsensor gegenüberstehenden ferromagnetischen Zahnrads abhängt. Der magnetische Fluss wird durch den Magneten der Hallsensor-/Magneteinheit erzeugt und verläuft großen Teils über die Verzahnung des Zahnrads, dessen Stellung gegenüber dem Hallsensor der Hallsensor-/Magneteinheit die magnetische Flussdichte in dem Hallsensor beeinflusst. Die bei Drehung des ferromagnetischen Zahnrads entstehende periodische Hallspannung als analoges Signal der Drehstellung des ferromagnetischen Zahnrads bzw. dessen Drehgeschwindigkeit kann mit unkomplizierten elektronischen Mitteln, insbesondere einem Impulsformer, aufbereitet und in einem Zähler gezählt werden bzw. in einem Analog-Digital-Umsetzer digitalisiert werden, woraus sich mit Datenverarbeitungsmitteln einfach die Position des Zahnrads bzw. dessen Drehgeschwindigkeit in Form digitaler Daten weiter ausgewertet werden kann, beispielsweise mit einer vorgegebenen Sollposition verglichen werden kann, und zu einer Steuerung des Motors in dem Antriebsstrang der überwachten positionierbaren bzw. verstellbaren Einheit des Kaffeevollautomaten verwendet werden kann und/oder einer Bedienungsperson des Kaffeevollautomaten angezeigt werden kann.With the Hall sensor of the preferably stationarily mounted Hall sensor / magnet unit, a Hall voltage is generated, which is ideally proportional to the magnetic flux density in the Hall sensor, wherein the magnetic flux density of the position of the toothing of the Hall sensor facing ferromagnetic gear depends. The magnetic flux is generated by the magnet of the Hall sensor / magnet unit and largely passes over the toothing of the gear whose position relative to the Hall sensor of the Hall sensor / magnet unit influences the magnetic flux density in the Hall sensor. The resulting during rotation of the ferromagnetic gear periodic Hall voltage as an analog signal of the rotational position of the ferromagnetic gear or its rotational speed can be prepared with uncomplicated electronic means, in particular a pulse shaper, and counted in a counter be digitized or in an analog-to-digital converter, from which can easily be evaluated with data processing means the position of the gear or its rotational speed in the form of digital data, for example, can be compared with a predetermined target position, and to control the motor in the drive train of the monitored positionable or adjustable unit of the coffee machine can be used and / or an operator of the coffee machine can be displayed.
Insbesondere kann die Hallsensor-/Magneteinheit gegenüber der Verzahnung des ferromagnetischen Zahnrads in einem Kaffeevollautomaten vorteilhaft zur Positionierung einer Brüheinheit verwendet werden, die einen Antrieb mit Gleichstrommotor und Getriebe aufweist, wobei vor einem Brühvorgang die Brüheinheit zur Initialisierung an ihre beiden Endanschläge gefahren wird. Der Abstand zwischen den beiden Endanschlägen kann mit der Hallsensor-/Magneteinheit gegenüber der Verzahnung des ferromagnetischen Zahnrads, welches mit dem Getriebe gekuppelt ist, überprüft werden. Anschließend kann die Brüheinheit – ausgehend von dem zuletzt angefahrenen Endanschlag – in ihre Arbeitsposition gefahren werden, wobei sie durch die Hallsensor-/Magneteinheit überwacht wird, und von dort aus ohne erneute Initialisierungen weitere angesteuerte Positionen erreichen, was ebenfalls durch die Hallsensor-/Magneteinheit überwacht wird.In particular, the Hall sensor / magnet unit with respect to the teeth of the ferromagnetic gear in a coffee machine can be advantageously used for positioning a brewing unit having a drive with DC motor and gear, wherein before brewing the brewing unit is driven to initialization at its two end stops. The distance between the two end stops can be checked with the Hall sensor / magnet unit with respect to the teeth of the ferromagnetic gear, which is coupled to the transmission. Subsequently, the brewing unit - starting from the last approached end stop - be moved to its working position, being monitored by the Hall sensor / magnet unit, and reach from there without re-initializations further controlled positions, which also monitored by the Hall sensor / magnet unit becomes.
Eine weitere günstige Verwendung der Hallsensor-/Magneteinheit in dem Kaffeevollautomaten dient der Bestimmung der Füllhöhe des gemahlenen Kaffees in der Brüheinheit durch Erfassung des Wegs des Kolbens in der Brüheinheit zwischen einer Mahlposition, in der die Brühkammer gemahlenen Kaffee aufnimmt, und der Brühposition des Kolbens, in der der gemahlene Kaffee jeweils vor dem Brühvorgang mit konstantem Druck zusammengedrückt wird. Hierzu wird mittels dem Hallsensor nachgeschalteten Datenverarbeitungsmitteln die Weglänge zwischen Mahlposition und Brühposition ausgewertet.Another convenient use of the Hall sensor / magnet unit in the coffee machine is to determine the level of ground coffee in the brewing unit by detecting the path of the piston in the brewing unit between a grinding position, in which the brewing chamber receives ground coffee, and the brewing position of the piston, in which the ground coffee is compressed in each case before the brewing process with constant pressure. For this purpose, the path length between grinding position and brewing position is evaluated by means of the Hall sensor downstream data processing means.
Die Füllhöhe kann auch daraus ermittelt werden, dass die Drehzahl bzw. ein Drehzahlabfall des Elektromotors in dem Antriebsstrang des Kolbens und damit des mit einem Getriebe in dem Antriebsstrang drehbar verbundenen ferromagnetischen Zahnrads erfasst und ausgewertet wird. Die Drehzahl kann mit den dem Hallsensor nachgeschalteten Datenverarbeitungsmitteln, insbesondere einem Zähler einfach durch Zählen der Hallspannungsschwankungen während eines vorgegebenen konstanten Zeitabschnitts ermittelt werden.The filling level can also be determined from the fact that the rotational speed or a drop in the rotational speed of the electric motor in the drive train of the piston and thus of the gearwheel rotatably connected to the ferromagnetic gear is detected and evaluated. The speed can be determined with the Hall sensor downstream data processing means, in particular a counter simply by counting the Hall voltage fluctuations during a predetermined constant time period.
Der Hallsensor der Hallsensor-/Magneteinheit in dem Kaffeevollautomaten wird nach Anspruch 2 dadurch wirksam von dem magnetischen Fluss, der von dem Magneten der Hallsensor-/Magneteinheit ausgeht, durchflutet, dass die Hallsensor-/Magneteinheit so gegenüber der Verzahnung des ferromagnetischen Zahnrads angeordnet ist, dass sich der Hallsensor zwischen dem Magneten und der Verzahnung befindet. Eine solche Hallsensor-/Magneteinheit ist außerdem kompakt.The Hall sensor of the Hall sensor / magnet unit in the coffee machine is characterized according to
Zweckmäßig ist nach Anspruch 3 die Hallsensor-/Magneteinheit radial gegenüber einer geraden Stirnverzahnung des ferromagnetischen Zahnrads angeordnet. Die gerade Stirnverzahnung des ferromagnetischen Zahnrads ist leicht realisierbar und hat den Vorteil, dass sich axiale Lageänderungen des ferromagnetischen Zahnrads gegenüber der Hallsensor-/Magneteinheit nicht auf die Hallspannung auswirken.Suitably according to
Zweckmäßig ist nach Anspruch 4 die Hallsensor-/Magneteinheit mit einer ortsfesten Leiterplatte in dem Kaffeevollautomaten kontaktiert. Mit der Leiterplatte können Anschlüsse zur Verbindung mit einer Steuerelektronik, einem Zähler bzw. von Datenverarbeitungsmitteln verbunden sein. Hierbei sind die einfache Montage der Hallsensor-/Magneteinheit an der Leiterplatte und der geringe Verdrahtungsaufwand vorteilhaft.Suitably according to
Nach Anspruch 5 kann das ferromagnetische Zahnrad, dem die Hallsensor-/Getriebeeinheit gegenübersteht, Bestandteil eines Getriebes in dem Antriebsstrang des Kaffeevollautomaten sein. Bei kompaktem Einbau des ferromagnetischen Zahnrads kann je nach Übersetzungsverhältnis die gewünschte drehwinkelabhängige Beeinflussung der Hallsensor-/Magneteinheit entsprechend der Drehung einer Motorwelle des Antriebs dimensioniert werden.According to
Die Ansprüche 6 und 7 beinhalten die wesentliche Verwendungsalternative der Hallsensor-/Magneteinheit in einem Antriebsstrang des Kaffeevollautomaten, der getriebetechnisch zwischen einem Gleichstrommotor und der positionierbaren Brüheinheit angeordnet ist, oder zwischen dem Gleichstrommotor und einen in der Brüheinheit verstellbaren Kolben angeordnet ist.The
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert, woraus sich weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung ergeben können. Es zeigen:An embodiment of the invention will be explained below with reference to a drawing with two figures, which may result in further advantages of the use of the invention. Show it:
In den
Die Komponenten des Getriebes
Radial gegenüber der Verzahnung des ferromagnetischen Zahnrads
Wie aus den
Die Zahnteilung des ferromagnetischen Zahnrads
Im Einzelnen nicht in der Zeichnung dargestellt ist die vollständige getriebetechnische Verbindung des Getriebes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ferromagnetisches Zahnradferromagnetic gear
- 22
- Getriebetransmission
- 33
- Montageplattemounting plate
- 44
- Hallsensor-MagneteinheitHall sensor magnet unit
- 4a4a
- HallsensorHall sensor
- 4b4b
- Dauermagnetpermanent magnet
- 55
- Leiterplattecircuit board
- 66
- Anschlüsseconnections
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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